KR20160010342A - 온도 균일도의 증가를 위한 서셉터 히터의 국부적 온도 제어 - Google Patents

온도 균일도의 증가를 위한 서셉터 히터의 국부적 온도 제어 Download PDF

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Abstract

예를 들어 박막 퇴적에서 사용될 수 있는, 가열 조립체 및 사용 방법이 상기 가열 조립체에 의해 가열된 서셉터 및 기판의 온도 균일도를 향상시키기 위해 제공된다. 상기 기판은 반도체 웨이퍼일 수 있다.

Description

온도 균일도의 증가를 위한 서셉터 히터의 국부적 온도 제어{Local temperature control of susceptor heater for increase of temperature uniformity}
본 발명은 조립체의 서셉터 및 기판의 온도 균일도를 제어하기 위한 히터들을 구비한 기판 지지 및 가열 조립체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 상기 조립체는 상기 방법을 효과적으로 하기에 적합한 서셉터 조립체, 라이저(riser) 샤프트 및 히터들을 포함한다.
많은 반도체 제조 공정들을 위해, 반도체 기판 또는 웨이퍼가 공정 챔버 내에서 가열될 수 있다. 일부 경우들에서, 상기 기판 또는 웨이퍼는 라이저 샤프트 꼭대기에 고정된 가열된 서셉터 상에 앉혀 있다. 그 위에 앉혀 있을 때 상기 서셉터 및 상기 반도체 기판의 온도를 증가시키도록 전도 열을 제공하기 위해 전형적으로 저항성 가열 코일 또는 다른 가열 기구가 상기 서셉터 내에 동봉되어 있다.
상기 공정 챔버 내에서 가열된 상기 서셉터 및 상기 기판을 가로질러, 특히 상기 서셉터 및 기판의 중앙 영역에 관하여 균일한 온도를 제공하는 것은 특히 어렵다. 전형적으로 상기 서셉터에 내에 내장된 코일 히터들은 상기 서셉터 및 상기 기판의 상기 중앙 영역을 가열할 수 있는 능력을 제한하는 최소 곡률 반경을 갖는다. 부가하여, 상기 라이저 샤프트는 전형적으로 상기 서셉터 및 상기 기판의 중앙 영역으로부터 열을 뽑아내는 히트 싱크로서 역할을 한다. 미국 특허 제6,744,018호 및 미국 특허 제7,126,092호에 개시된 것들과 같은 일부 선행 발명들이 비슷한 맥락에서 가열의 제어를 다루지만, 고품질의 반도체 부품들의 생산을 위해 요구되는 엄격한 요건들을 제공하기 위해 더욱 엄격한 허용 오차 내에서 상기 서셉터 및 기판의 온도 균일도를 제어할 수 있는 능력에 대한 요구가 여전히 존재하고 있다고 알려졌다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 서셉터 및 기판의 온도 균일도를 더욱 엄격한 허용 오차 내에서 제어하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
하나의 태양에서, 본 발명은 제1 단부를 갖는 라이저 샤프트, 및 상기 제1 단부에 인접하여 상기 라이저 샤프트에 고정되며 기판 지지 표면을 갖는 서셉터 조립체를 포함하는 기판 지지 조립체; 상기 서셉터 조립체에 의해 휴대되는(carry) 제1 히터; 및 상기 라이저 샤프트의 상기 제1 단부에 인접하여 하향으로 연장되는 제2 히터;를 포함하는 장치를 제공할 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 제1 단부를 갖는 라이저 샤프트, 및 상기 제1 단부에 인접하여 상기 라이저 샤프트에 고정되며 기판 지지 표면 및 중앙 영역을 갖는 서셉터 조립체를 포함하는 기판 지지 조립체; 상기 서셉터 조립체에 의해 휴대되는 제1 히터; 및 상기 중앙 영역에 인접하여 하향으로 연장되는 제2 히터;를 포함하는 장치를 제공할 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 제1 단부를 갖는 라이저 샤프트, 및 상기 제1 단부에 인접하여 상기 라이저 샤프트에 고정되며 기판 지지 표면을 갖는 서셉터 조립체를 포함하는 기판 지지 조립체; 본질적으로 면을 따라 전적으로 놓여 있으며, 상기 서셉터 조립체를 따라 연장되는 평면형 제1 히터; 및 상기 면으로부터 벗어나는 방향으로 상기 면에 인접한 곳으로부터 연장되는 제2 히터;를 포함하는 장치를 제공할 수 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 제1 단부를 갖는 라이저 샤프트, 및 상기 제1 단부에 인접하여 상기 라이저 샤프트에 고정되며 기판 지지 표면을 갖는 서셉터 조립체를 포함하는 기판 지지 조립체를 제공하는 단계; 제1 히터로 상기 세섭터를 가열하는 단계; 상기 라이저 샤프트의 제1 단부에 인접하여 하향으로 연장되는 제2 히터로 상기 라이저 샤프트의 상기 제1 단부에 인접하는 상기 기판 지지 조립체의 영역을 가열하는 단계; 상기 기판 지지 표면 상에 기판을 위치시키는 단계; 및 상기 서셉터로부터 상기 기판으로 열을 전달하는 단계;를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 서셉터 및 기판의 온도 균일도를 더욱 엄격한 허용 오차 내에서 제어할 수 있는 장치 및 방법을 얻을 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예가 이하의 상세한 설명에서 설명되며, 도면들에서 도시되며, 그리고 첨부된 청구항들에서 특별히 그리고 명백하게 지적되고 설명된다.
도 1은 상기 서셉터 히터 조립체를 사용하는 반응기 시스템의 예시적 실시예의 측면으로부터 자른 단면도이다.
도 2는 상기 라이저 샤프트 히터가 가열되지 않았을 경우에 상기 서셉터의 중앙으로부터의 여러 반사상 거리들에서의 서셉터 온도를 보여주는 그래프이다.
도 3은 도 2에 유사하며, 상기 라이저 샤프트 히터가 가열된 경우에 상기 서셉터 온도를 보여주는 그래프이다.
도 1은 서셉터 조립체(8) 및 라이저 샤프트(10)를 포함하는 기판 지지 및 가열 조립체(6)가 배치되어 있는 내부 챔버(4)를 정의하는 공정 챔버 또는 반응 챔버(2)를 포함하는 반응기 시스템(1)을 보여준다. 챔버(4)는 로딩 영역(3) 및 영역(3)의 바로 위에서 영역(3)과 연통되어 있는 공정 영역(5)을 포함한다. 조립체(6)는 또한 기판 지지 조립체, 기판 가열 조립체, 지지 조립체, 가열 조립체 또는 그 동류물이라고 언급될 수 있다. 조립체(6)는 서셉터 조립체(8) 및 라이저 샤프트(10)에 열을 제공하기 위하여 챔버(4) 내에 배치된 히터들(12 및 14)을 포함한다. 히터들(12 및 14) 중의 어느 한쪽이 제1 히터 또는 제2 히터라고 불릴 수도 있다. 비록 히터들(12 및 14)의 각각이 서셉터 조립체(8) 및 라이저 샤프트(10)에 열을 제공할 수 있도록 히터들(12 및 14)에 의해 제공된 열이 중첩되는 경향이 있지만, 히터(12)는 또한 서셉터 히터(12)라고 불릴 수 있으며, 반면에 히터(14)는 라이저 샤프트 히터(14)라고 불릴 수 있다. 박막 퇴적 샤워헤드(16)가 반도체 기판 또는 웨이퍼일 수 있는 기판 또는 웨이퍼(18) 상에 한 번에 하나의 원자층으로 막들을 퇴적하기 위해 챔버(4) 내에 또한 배치될 수 있다. 전형적으로 기판(18)은 얇고 평평하며, 디스크 형상일 수 있다. 기판(18)은 평평한 원형 상부 표면(17), 평평한 원형 하부 표면(19) 및 상부 표면(17)으로부터 하부 표면(19)으로 연장되는 원형 외부 둘레(21)를 갖는다.
반응 챔버(2)는 상부벽(20), 하부벽(22) 및 측벽(24)을 포함할 수 있다. 비록 형상이 다양할 수 있지만, 상부벽(20) 및 하부벽(22)은 전형적으로 위에서 볼 때 일반적으로 원형인 평탄한 벽들이다. 유사하게, 측벽(24)의 형상도 다양할 수 있지만, 이것은 전형적으로 일반적으로 실린더형이다. 가스 공급 포트(26)가 챔버(4)와 유체적으로 연통되어 있는 상부벽(20)에 제공되며, 챔버 외측(2)으로부터 챔버 내측(4)으로 원하는 가스를 제공하기 위해 외부 가스가 공급된다. 라이저 샤프트 수용 통로(28)가 내부에 라이저 샤프트(10)를 수용하기 위해 하부벽(22)에 정의되어 있다. 기판 또는 웨이퍼 삽입 및 제거 포트(30)가 도 1의 실선들로 보여지는 바와 같이 밸브 또는 도어(32)가 개방 위치일 때 챔버(4)의 로딩 영역(3)으로의 기판(8)의 그것을 통한 삽입 및 로딩 영역(3)으로부터 기판(18)의 제거를 허용할 수 있도록 측벽(24)에 정의되어 있다. 밸브 또는 도어(32)는 파선으로 도시된 바와 같이 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능하다(화살표 A). 폐쇄 위치에서 밸브(32)는 가스가 포트(30)를 통하여 챔버(4) 속으로 들어가거나 배출되는 것을 방지할 수 있도록 챔버(4)를 밀봉한다.
서셉터 조립체(8)는 전형적으로 평탄한 수평 판이며, 통상적으로 디스크 형상의 구성을 갖는다. 서셉터 조립체(8)는 서셉터(33), 및 지지 판 또는 히터 판(35)을 포함할 수 있으며, 이것은 판(35) 위에 서셉터(33)와 함께 서셉터(33)에 견고하게 고정되어 있을 수 있다. 서셉터(8) 및 판(35)의 각각은 전형적으로 평탄한 수평 판이며, 통상적으로 디스크 형상의 구성을 갖는다. 서셉터 조립체(8)는 서셉터(33)의 상부 표면의 역할을 하는 상향으로 대면하는 원형의 상부 표면(34), 판(35)의 하부 표면의 역할을 하는 하향으로 대면하는 원형의 하부 표면(36), 및 상부 표면(34)으로부터 하부 표면(36)까지 연장되며 또한 서셉터(33) 및 판(35)의 외부 둘레들로서 각기 역할을 하는 외부 둘레(38) 또는 직경을 갖는다. 외부 둘레(38)는 전형적으로 원형 또는 실린더형이다. 서셉터(33)는 하향으로 대면하는 원형의 하부 표면(37)을 가지며, 판(35)은 하부 표면(37)에 인접하여 견고하게 고정되어 있는 상향으로 대면하는 원형의 상부 표면(39)을 가질 수 있다. 서셉터 조립체(8)/서셉터(33)는 예시적 실시예에서 상부 표면(34)으로부터 작은 거리만큼 하향으로 리세스된 상향으로 대면하는 평탄한 수평적인 기판 지지 표면(40)을 갖는다. 서셉터 조립체(8)/서셉터(33)는 짧은 거리만큼 지지 표면(40)으로부터 상향으로 연장되며 기판 또는 웨이퍼(18)의 형상 및 치수들을 갖는 기판 수용 공간(42)을 한정할 수 있으며, 따라서 상부 표면(17), 하부 표면(19) 및 외부 둘레(21)는 또한 각각 공간(42)의 상부, 하부 및 외부 둘레에 해당할 수 있다. 서셉터 조립체(8)는 서셉터 조립체(6)가 그 주위로 회전할 수 있는 전형적으로 라이저의 세로축(X) 상에 놓이는 서셉터 조립체(8)의 중심(C)으로부터 방사상 외향으로 연장하는 중앙 영역(44)을 갖는다. 서셉터(33) 및 판(35)은 금속, 흑연 또는 다른 적합한 재료로 형성될 수 있다.
라이저 샤프트(10)는 제1 단부 또는 상단부(46) 및 반대쪽의 제2 단부 또는 하단부(48)를 갖는다. 라이저 샤프트(10)는 전형적으로 수직으로 연장되며, 제1 단부(46)로부터 제2 단부(48)로 연장되며, 축(X)이 그것을 통하여 통과하는 수직적 또는 수직으로 연장되는 통로(50)를 정의한다. 보다 상세하게는, 라이저 샤프트(10)는 통로(50)와 대면하며 통로를 정의하는 내부 둘레 또는 표면(53) 및 통로(50)로부터 떨어져 대면하는 외부 둘레 또는 표면(53)을 갖는 측벽(52)을 갖는다. 표면들(51 및 53)은 제1 단부(46)로부터 제2 단부(48)로 연장된다. 제1 단부(46)는 내부 챔버(4) 내에 있고, 반면에 제2 단부(48)는 챔버(4) 외측에 있다. 서셉터 조립체(8)는 상단부(46)에 인접하여 라이저 샤프트(10)에 고정되며, 거기로부터 방사상 외향으로 연장된다. 서셉터 조립체(8)의 외부 둘레 또는 직경(38)은 실질적으로 샤프트(10)의 외부 둘레 또는 직경(53)보다 크다. 라이저 샤프트(10)/측벽(52)은 금속, 흑연 또는 다른 적합한 재료로 형성될 수 있다.
서셉터 히터(12)는 가열 코일(54)로서 도시된 제1 가열요소 또는 내부 가열요소 및 가열 코일(56)로서 도시된 제2 가열요소 또는 외부 가열요소를 가진다. 가열요소들(54 및 56)은 서셉터 조립체(8)를 따라 연장될 수 있으며, 서셉터 조립체(8)에 의해 전달될 수 있다. 가열요소들(54 및 56)은 하부 표면(37) 및 상부 표면(39)에 인접하여 서셉터(33)와 판(35) 사이의 인터페이스를 따라서와 같이 서셉터 조립체(8)에 내장될 수 있다. 비록 가열 코일들이 여기서 보여지는 바와 같을 수 있지만, 다른 구성들도 고려될 수 있다. 와이어들(58)이 코일(54)과 전력 소오스/컨트롤러(PS) 사이에서 전기적 소통을 제공할 수 있도록 제1 코일(54), 및 전력 소오스와 컨트롤러(PS)에 연결된다. 와이어들(60)이 비슷하게 코일(54)과 전력 공급부/컨트롤러(PS) 사이에서 전기적 소통을 제공할 수 있도록 제2 코일(56), 및 전력 공급 및 제어(PS)에 연결된다. 상기 코일들을 위한 전력 공급은 다를 수 있으며, 상기 코일들의 각각은 독립적으로 제어될 수 있다. 서셉터 히터(12)는 서셉터 조립체(8)를 통하여 통과할 수 있는 수평 면(P)을 따라 본질적으로 전적으로(entirely) 놓여있는 평면형 히터일 수 있다. 코일들(54 및 56)의 각각은 각 코일이 수평 면(P)을 따라서 본질적으로 전적으로 놓여있는 평면형 가열 코일일 수 있도록 축(X)으로부터 벗어나 외향으로 선회하는 나선 형상일 수 있다. 내부 코일(54)은 내부 반경 또는 둘레(55) 및 외부 반경 또는 둘레(57)를 가진다. 외부 코일(56)은 내부 반경 또는 둘레(59) 및 외부 반경 또는 둘레(61)를 가진다. 둘레들(55,57,59,61)은 본질적으로 위에서 보아 원형일 수 있다. 외부 코일(56)의 외부 둘레(61)는 전형적으로 서셉터 조립체(8)의 외부 둘레(38)에 인접하고 방사상 내향한다. 내부 코일(54)의 외부 둘레(57)는 전형적으로 외부 코일(56)의 내부 둘레(59)에 인접하고 방사상 내향한다. 내부 코일(54)의 내부 둘레(55)는 전형적으로 중앙 영역(44)에 인접하며, 중앙 영역(44)의 외부 경계 또는 둘레로서 역할을 할 수 있다.
히터(14)는 도 1에서 파선들로 도시된 바와 같이 측벽(52)으로부터 분리된 링형 또는 환형 칼라(collar, 62)를 포함할 수 있다. 칼라(62)는 실린더 형상일 수 있으며, 금속, 흑연 또는 다른 적합한 재료로 형성될 수 있다. 칼라(62)는 측벽(52)에 예를 들어, 용접되거나, 납땜되거나 압입(press fit)될 수 있다. 사용 시 칼라(62)는 측벽(52)을 둘러싼다(circumscribe). 히터(14)는 다른 가열 요소들과 같이, 전력 소오스(PS)와 전기적으로 연통되는 가열 코일(64)처럼 여기서 도시된 가열 요소를 포함한다. 특히, 와이어들(66)이 코일(64) 및 전력 소오스 또는 제어(PS)에 연결된다. 와이어들(58,60 및 66)이 상기 각 코일과 연결하기 위해 통로(50) 속으로 연장된다. 가열 요소(64)는 라이저 샤프트(46) 및 중앙 영역(44)의 상단부(46)에 인접하여 하향으로 연장될 수 있으며, 중앙 영역(44)의 외부 둘레 및 내부 코일(54)의 내부 둘레에 인접하여 하향으로 연장될 수 있다. 가열 요소(64)는 상단부(46)에 인접하여 라이저 샤프트(10)를 따라 하향으로 연장될 수 있다. 가열 요소(64)는 전적으로 방사상으로 코일(54)의 내부 둘레/중앙 영역(44)의 외부 둘레의 내향으로 있을 수 있으며, 또는 환언하면, 내부 둘레(55)/중앙 영역(44)의 외부 둘레인 경우보다 축(X)으로 그 전체에서 가까울 수 있다.
도 1은 코일(64)과 관련하여 실선들과 파선들을 사용한다. 코일(64)은 실선들 및 파선들 양쪽 모두를 포함할 수 있으며, 또는 실선들만 또는 파선들만 포함할 수 있다. 코일(64)은 칼라가 사용되는 경우 칼라(62) 내에 내장될 수 있으며, 또는 상단부(46)에 인접하여 측벽(52)의 일부에 내장될 수 있다. 양쪽 경우에서, 코일(64)은 단부(46)에 인접한 내부 표면(51)의 일부, 단부(46)에 인접한 통로(50)의 일부, 및 단부(46)에 인접한 측벽(52)의 일부에서 방사상으로 외향하고, 그리고 단부(46)에 인접한 내부 표면(51)의 일부, 단부(46)에 인접한 통로(50)의 일부, 및 단부(46)에 인접한 측벽(52)의 일부의 둘레를 제한하거나 둘러쌀 수 있다. 코일(64)이 칼라(62)에 내장된 경우, 코일(64)은 그것의 외부 표면(53)을 포함하는 측벽(52)에서 방사상으로 외향하고, 그리고 측벽(52)의 둘레를 둘러쌀 수 있다. 코일(64)은 또한 파선들에서 보여지는 바와 같이 판(35) 내에 부분적으로 또는 전적으로 내장될 수 있으며, 또는 코일(64)은 실선들에서 보여지는 바와 같이 라이저 샤프트(10)/측벽(52) 내에 부분적으로 또는 전적으로 내장될 수 있다. 코일(64)은 수직적으로 길게 연장된 가열 코일일 수 있으며, 축(X) 주위로 동심원상일 수 있다. 코일(64)은 비록 다른 형상들이 고려될 수 있지만 나선 형상을 가질 수 있다. 코일(64)은 코일들(54 및 56)과 달리, 본질적으로 면을 따라 전적으로 놓여있지 않은 비-평면형 히터 또는 가열 코일일 수 있다. 그러나, 가열 요소(64)는 하나 이상의 코일들을 포함할 수 있으며, 또는 면(P)에 평행하지 않은, 차라리 면(P)에 대해 어떤 각도를 갖는 면을 따라서 본질적으로 전적으로 놓여 있도록 평면형일 수 있는 다른 가열 요소들을 포함할 수 있다. 코일(64)은 본질적으로 축(X) 주위로 동심원상일 수 있는 실린더(C1)를 따라서, 또는 축(X) 주위로 또한 동심원상일 수 있는 원뿔을 따라서 전적으로 놓여있을 수 있다. 코일(64)은 평면형 코일들(54 및 56)이 면(P)으로부터 멀어지는 방향으로(여기서는 하향으로) 놓여 있는 인접한 면(P)으로부터 연장될 수 있다. 예시적 실시예에서, 코일(64)은 면(P)에 대하여 수직인 실린더(C1)를 따라 놓여 있다. 가열 요소(64)는 면(P)의 일측(여기서는 아래) 상에 전적으로 있을 수 있다.
동작 시, 코일들(54,56,64)은 전도에 의해 기판 또는 웨이퍼(18)에 열을 제공하기 위해 원하는 바에 따라 가열되고, 독립적으로 또는 컨트롤러(PS)에 의해 함께 제어된다. 코일들(54, 56)은 주로 전도에 의해 서셉터 조립체(8)(서셉터(33) 및 판(35))에 전달되는 저항 열을 제공한다. 비슷하게 코일(64)도 주로 칼라(62, 사용될 경우) 및 칼라(62)에 인접한 측벽(52)에, 또는 코일(64)이 내장될 수 있는 샤프트(10)의 측벽(52)의 일부에, 및/또는 코일(64)이 내장될 수 있는 판(35)의 중앙 영역에 전도되는 저항 열을 제공하며, 그에 의해 이 열의 일부가 또한 서셉터 조립체(8)의 중앙 영역(44) 및 기판(18)의 중앙 영역에 전달된다. 코일들(54,56,64)로부터 유래된, 서셉터(33)으로부터의 열이 결과적으로 전도에 의해 기판(18)으로 전달된다.
서셉터 히터(12) 및 라이저 샤프트 히터(14)의 사용은, 300-밀리미터 직경의 서셉터의 가열에 관련된 그래프들인 도 2 및 도 3에 의해 도시된 바와 같이 실질적으로 가열 공정에 대한 보다 엄격한 제어를 허용한다. 도 2는 라이저 샤프트 가열이 없는 서셉터의 가열을 도시한다. 즉, 도 2는 히터(12)의 코일들(54,56)이 서셉터 조립체(8)의 가열을 제공하기 위해 턴온(turn on)되고, 코일(64)이 서셉터 조립체(8)의 어떠한 가열도 제공하지 않도록 히터(14)의 코일(64)이 턴온되지 않도록(오프 위치에 있음), 컨트롤러(PS)가 상기 가열을 제어하고 있을 때 중앙(C)으로부터 여러 방사상 거리들에서 서셉터 조립체(8)/서셉터(33)의 온도를 도시한다. 한편, 도 3은 라이저 샤프트 가열과 함께 상기 서셉터 조립체의 가열을 도시하며, 따라서 모든 코일들(54,56,64)이 서셉터 조립체(8) 및 상단부(46)에 인접한 라이저 샤프트(10)의 가열을 제공하기 위해 턴온되도록 컨트롤러(PS)가 상기 가열을 제어하고 있을 때 중앙(C)으로부터 여러 방사상 거리들에서 서셉터 조립체(8)/서셉터(33)의 온도를 도시한다. 도 2로부터 보여질 수 있는 바와 같이, 코일들(54 및 56)을 통해서만 상기 서셉터에 가열을 제공하는 것은 서셉터 조립체(8)을 가로질러 2.0℃ 보다 큰 열 편차를 제공한다. 보다 상세하게는, 이 온도 편차 또는 변화는 수평 영역 또는 공간(42)을 따라서, 기판 지지대 표면(40)을 따라서, 즉 공간(42)의 외부 둘레(21) 내에서, 또는 중앙(C)으로부터 방사상으로 외부 둘레(21)까지, 상기 서셉터의 온도에 관련된다. 한편, 도 3은 서셉터 조립체(8)를 가로질러 대응하는 온도 편차 또는 변화가 1.0℃ 보다 크지 않은, 심지어 0.5℃보다 크지 않을 수 있다. 따라서, 예를 들어 서셉터 히터 조립체(6)는 예를 들어, 상기 서셉터를 약 400 내지 450℃ 범위 내의 온도로 가열하는 동안에, 공간(42)을 한정하는 상기 전체 지지대 표면(40) 위에서 서셉터 조립체(8)의 온도 편차 또는 변화를 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 또는 1.0℃ 보다 크지 않는 범위 내에서 유지할 수 있다. 이 온도 편차는 서셉터 조립체(8) 및 기판(18)을 상이한 범위들 내의 온도들, 예를 들어 약 200 내지 1000, 1500, 2000, 2500, 또는 3000℃ 또는 그 이상의 온도 범위 내로 가열하는 동안에도 또한 유지될 수 있다. 비슷하게, 상기 히터 조립체는 그것의 전체에 걸쳐서 기판 또는 웨이퍼(18)의 온도를 그들 온도 범위들에서 동일한 편차 내로 유지할 수 있다.
종래에 알려진 바와 같이, 서셉터 조립체(8) 및 라이저 샤프트(10)는 실선들로 도시된 상승 위치 또는 공정 위치와, 파선들로 도시된 하강 위치 또는 로딩 위치 사이에서 화살표(B)로 도시된 바와 같이 상하로 이동가능하다(이것은 축(X)에 평행한 선형의 수직 운동일 수 있다). 이것은 기판(18)의 상승 및 하강, 그리고 밸브(32)가 개방 위치일 때 화살표(C)로 도시된 바와 같이 기판(18)의 삽입 및 제거를 허용한다. 따라서, 서셉터 조립체(8)가 로딩 영역(3)에 위치하고, 웨이퍼(18)를 공간(42) 내에서 지지대 표면(40) 꼭대기에서 서셉터 조립체(8)의 상부 상에 위치할 수 있도록 밸브(32)가 개방될 때 웨이퍼(18)가 개구부(30)를 통하여 삽입되도록 라이저 샤프트(10) 및 서셉터 조립체(8)는 하강 위치로 이동된다. 이어서 밸브(32)가 닫히고, 서셉터 조립체(8) 및 샤프트(10)가 영역(5)에서 공정 처리를 위해 표면(40) 상에 기판(18)을 구비하면서 상승 위치로 다시 올려진다. 상기 히터 조립체(6)는 위에서 언급된 바와 같이 다양한 엄격한 편차들 내에서 서셉터 조립체(8) 및 기판(18)의 가열을 제어하기 위해 컨트롤러(PS)에 의해 제어된다. 상승 위치에서의 상기 서셉터 및 상기 기판과 함께, 서셉터 조립체(6)는 위에서 언급된 바와 같은 엄격한 편차 내에서 온도를 유지할 수 있도록 동작되며(그리고 전형적으로 히터 조립체(6)는 축(X) 주위로 회전하는 동안), 언급된 바와 같은 상기 서셉터 및 기판 온도 편차를 제어하기 위한 능력 외에 일반적으로 알려진 바와 같이 기판(18)의 상부 상에 한 번에 하나의 원자층으로 박막을 퇴적하기 위해 포트(26) 및 샤워헤드(16)를 경유하여 적합한 가스(또는 가스들)의 주입을 통해 박막 퇴적이 발생할 수 있다. 상기 가스는 챔버(4)에 들어가기 전에, 공정 동안 기판(18) 전체에 걸쳐 실질적인 온도 균일도를 유지할 수 있도록 서셉터 조립체(8) 및 기판(18)의 원하는 공정 온도에 가능한 한 근접하는 온도로 가열된다. 비록 반응기 시스템(1)이 이러한 목적으로 박막 퇴적 샤워헤드(16)를 사용하는 것을 보여주지만, 본 발명의 히터 조립체는 직교류(cross-flow) 반응기 시스템의 것과 같은 다른 반응기들과 함께 사용될 수 있으며, 이것은 또한 시스템(1)에 의해 대표된다. 이러한 직교류 반응기 시스템의 하나의 예시가 ASM America, Inc.에 의해 제조된 Pulsar® 반응 챔버이다.
따라서 본 가열 시스템은 서셉터 및 기판 내에서 더욱 엄격하게 온도 편차를 제어할 수 있는 능력을 제공하며, 특히 웨이퍼 중앙에서 온도 델타를 제어하는 데 도움이 된다. 이 능력은 공정처리된 기판들의 불량율의 실질적 감소를 허용한다.
앞의 설명에서 어떤 용어들은 간결성, 명료성 및 이해성을 위해 사용되었다. 이러한 용어들은 서술적인 목적들을 위해 사용되고 넓게 해석되도록 의도되기 때문에 종래 기술의 요구를 넘어 그로부터 어떠한 불필요한 제한들이 암시되지 않는다.
나아가, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명 및 도시는 예시이며, 본 발명은 도시되거나 설명된 상세한 것들로 제한되지 않는다.

Claims (23)

  1. 제1 단부를 갖는 라이저 샤프트, 및 상기 제1 단부에 인접하여 상기 라이저 샤프트에 고정되며 기판 지지 표면을 갖는 서셉터 조립체를 포함하는 기판 지지 조립체;
    상기 서셉터 조립체에 의해 휴대되는(carry) 제1 히터; 및
    상기 라이저 샤프트의 상기 제1 단부에 인접하여 하향으로 연장되는 제2 히터;를 포함하는 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 히터는 수직으로 길게 늘어진 가열 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기판 지지 조립체는 축 주위로 회전가능하며, 상기 수직으로 길게 늘어진 가열 코일은 상기 축 주위로 동심원상인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 히터는 나선형(helical) 형상을 갖는 제2 히터 가열 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판 지지 조립체는 축 주위로 회전가능하며, 상기 제2 히터 가열 코일은 상기 축 주위로 동심원상인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 히터는 본질적으로 수평 면을 따라 전적으로 놓여 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 히터는 나선형(spiral) 형상을 갖는 제1 히터 가열 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 라이저 샤프트는 라이저 샤프트 통로를 정의하는 내부 둘레를 갖는 측벽을 포함하며, 상기 제2 히터는 방사상으로 상기 내부 둘레의 외향에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 히터는 상기 내부 둘레를 둘러싸는(circumscribe) 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 히터는 상기 측벽에 내장되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 히터 또는 상기 제2 히터에 연결된, 상기 통로 내에 와이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 와이어에 연결된 전력 소오스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 히터는 상기 라이저 샤프트의 상기 제1 단부에 인접하여 상기 라이저 샤프트를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 라이저 샤프트의 상기 제1 단부에 인접하여 상기 라이저 샤프트를 둘러싸는 칼라(collar)를 더 포함하며, 상기 제2 히터는 상기 칼라에 내장되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    내부 챔버를 더 포함하며, 상기 서셉터는 상기 내부 챔버 내에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2 히터는 상기 내부 챔버 내에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 내부 챔버 내에 샤워헤드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 내부 챔버와 유체 연통하는(fluid communication) 가스 공급 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 서셉터에 인접하는 샤워헤드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 히터는 본질적으로 면을 따라 전적으로(entirely) 놓여 있는 평면형 히터이며, 상기 제2 히터는 상기 면으로부터 벗어나는 방향으로 상기 면에 인접한 곳으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제1 단부를 갖는 라이저 샤프트, 및 상기 제1 단부에 인접하여 상기 라이저 샤프트에 고정되며 기판 지지 표면 및 중앙 영역을 갖는 서셉터 조립체를 포함하는 기판 지지 조립체;
    상기 서셉터 조립체에 의해 휴대되는 제1 히터; 및
    상기 중앙 영역에 인접하여 하향으로 연장되는 제2 히터;를 포함하는 장치.
  22. 제1 단부를 갖는 라이저 샤프트, 및 상기 제1 단부에 인접하여 상기 라이저 샤프트에 고정되며 기판 지지 표면을 갖는 서셉터 조립체를 포함하는 기판 지지 조립체;
    본질적으로 면을 따라 전적으로 놓여 있으며, 상기 서셉터 조립체를 따라 연장되는 평면형 제1 히터; 및
    상기 면으로부터 벗어나는 방향으로 상기 면에 인접한 곳으로부터 연장되는 제2 히터;를 포함하는 장치.
  23. 제1 단부를 갖는 라이저 샤프트, 및 상기 제1 단부에 인접하여 상기 라이저 샤프트에 고정되며 기판 지지 표면을 갖는 서셉터 조립체를 포함하는 기판 지지 조립체를 제공하는 단계;
    제1 히터로 상기 서섭터를 가열하는 단계;
    상기 라이저 샤프트의 상기 제1 단부에 인접하여 하향으로 연장되는 제2 히터로 상기 라이저 샤프트의 상기 제1 단부에 인접하는 상기 기판 지지 조립체의 영역을 가열하는 단계;
    상기 기판 지지 표면 상에 기판을 위치시키는 단계; 및
    상기 서셉터로부터 상기 기판으로 열을 전달하는 단계;를 포함하는 방법.
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